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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Feststellen
von Fehlern in einer elektrischen Leitung eines Fahrzeugs, insbesondere
eines Nutzfahrzeugs.
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Bei
Straßenfahrzeugen
ist es oft schwierig, die Ursachen von Fehlern, die in der Elektrik
auftreten, zu lokalisieren. Diese Schwierigkeiten treten in Nutzfahrzeugen
in einem größeren Ausmaß auf, weil die
Elektrik umfangreicher ist und die elektrischen Leitungen, welche
die unterschiedlichen Ausrüstungsgegenstände und
Vorrichtungen versorgen, länger
sind.
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Selbst
wenn es gelungen ist, die fehlerhafte elektrische Leitung zu identifizieren,
ist es manchmal nicht so leicht möglich, den genauen Ort des
Fehlers festzustellen. In diesen Fällen ist es allgemein üblich, eine
Nebenschlussleitung anzulegen, d. h. man schließt ein elektrisches Leitungskabel
parallel zum fehlerhaften Kabel an.
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Jedoch
wird zusätzlich
zu der Tatsache, dass damit die Ursachen des Fehlers nicht behoben
sind, durch die Zufügung
von zusätzlichen
Kabeln die Elektrik nur noch komplizierter.
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Das
Patent US 5621600A offenbart eine Anordnung zum Lokalisieren von
Kurzschlüssen
in einer elektrischen Leitung eines Fahrzeugs. Ein Prüfsignal
wird auf die Leitung gegeben, und ein Magnetfeldsensor wird längs der
Leitung bewegt, um das Prüfsignal
aufzunehmen.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung
zum Auffinden von Fehlern in einer elektrischen Leitung zu entwickeln,
welche für
das diagnostische Prüfen
der Elektrik eines Nutzfahrzeugs mit Vorteil eingesetzt werden kann und
welches ermöglicht,
die Fehler selbst genau zu lokalisieren.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Gerät vor, wie im Anspruch 1 definiert
wird.
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Damit
die vorliegende Erfindung besser verstanden wird, soll unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen anhand des nachfolgend aufgeführten Beispiels eine bevorzugte
Ausführungsform ohne
Einschränkung
des allgemeinen Erfindungsgedankens beschrieben werden. Bei diesen
Zeichnungen handelt es sich um:
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1a zeigt schematisch einen
Teil der Elektrik eines Nutzfahrzeugs, welche so ausgelegt ist,
dass sie mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung diagnostisch
geprüft
werden kann;
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1b und 1c zeigt einen Ausschnitt aus der Elektrik
von 1a, in welchem ein
erster Typ bzw. ein zweiter Typ von Fehler vorhanden sind;
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2 zeigt ein Schaltbild eines
Teils der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
und
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3 zeigt ein Schaltbild eines
weiteren Teils der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ermöglicht,
eine diagnostische Prüfung
der Elektrik eines Fahrzeugs durch lokales Verfolgen des elektrischen und
des magnetischen Feldes längs
der elektrischen Leitungen der Elektrik selbst durchzuführen, wodurch ermöglicht wird,
beliebige vorhandene Fehler zu lokalisieren.
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Ganz
allgemein umfasst die Elektrik eines Fahrzeugs eine Stromversorgungsbatterie,
einen Schaltprozessor, eine Anzahl von elektrischen Leitungen, welche
den Schaltprozessor mit den elektrischen Verbrauchern des Fahrzeugs
(Lampen, Getriebemotoren für
die Scheibenwischer usw.) zum Zweck der Versorgung der Verbraucher
selbst mit Energie verbunden sind, und eine Anzahl von Steuervorrichtungen
(Schalter, Anzeigeinstrumente usw.), die vom Fahrer aus betätigt werden
können
und die mit dem Prozessor verschaltet sind, damit sie die jeweiligen
elektrischen Leitungen speisen. Ohne dass dadurch eine Einschränkung des
allgemeinen Erfindungsgedankens erfolgt, soll bei der folgenden
Beschreibung der Erfindung auf einen einzelnen elektrischen Verbraucher,
auf die daran angeschlossene elektrische Leitung und auf die daran
angeschlossene Steuervorrichtung Bezug genommen werden, was so zu
verstehen ist, dass diese Betrachtung auf jede beliebige elektrische
Leitung des Fahrzeugs angewendet werden kann.
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In 1a bezeichnet die Bezugszahl 1 die Elektrik
(von der, wie bekannt ist, nur ein Teil dargestellt ist) eines (nicht
dargestellten) Nutzfahrzeugs. Diese Elektrik 1 umfasst
eine Stromversorgungsbatterie 2, einen Schalt-Prozessor 3 vom
bekannten Typ, welcher an die Stromversorgungsbatterie 2 angeschlossen
ist, eine elektrische Leitung 4, welche den Prozessor 3 mit
einem entfernt befindlichen elektrischen Verbraucher 5 (beispielsweise
die Lampe des Rücklichts
des Fahrzeugs) verbindet, und eine Steuerschaltung 10,
welche mit der elektrischen Leitung 4 verbunden ist. Die
elektrische Leitung 4 umfasst eine Anzahl von elektrischen
Kabeln 6, die über elektrische
Verbinder 7 untereinander in Reihe geschaltet sind.
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Der
Prozessor 3 weist eine Hilfsklemme 8 auf, welche
von der Außenseite
dieses Prozessors 3 zugänglich
ist und im Innern des Prozessors selbst mit der elektrischen Leitung 4 verbunden
ist.
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Die
Steuerschaltung 10 umfasst einen Schalter 11 wie
beispielsweise einen handbedienten Schalter und ein Relais 12,
welches im Schaltprozessor 3 vorhanden ist und so ausgelegt
ist, dass es schließt,
wenn der Schalter 11 in die geschlossene Stellung geschaltet
wird, einen weiteren Schalter 13, der so ausgelegt ist,
dass er die elektrische Leitung 4 mit der Stromversorgungsbatterie 2 verbindet.
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Weiterhin
bezeichnet in 1a die
Bezugszahl 15 eine Fehlerfeststellvorrichtung, welche den Gegenstand
der vorliegenden Erfindung darstellt. Diese Vorrichtung 15 umfasst
einen Signalgenerator 16 und einen Signaldetektor 17.
Der Signalgenerator 16 ist so aufgebaut, wie dies weiter
unten mit Bezug auf die 2 beschrieben
wird, und ist so ausgelegt, dass er an die Hilfsklemme 8 des
elektronischen Prozessors 3 dergestalt angeschlossen wird,
dass ein Prüfsignal
T in die elektrische Leitung 4 eingespeist wird. Der Signaldetektor 17 ist
ein tragbarer Apparat, der weiter unten mit Bezug auf die 3 beschrieben wird, und
der so ausgelegt ist, dass er in der Nähe der elektrischen Leitung 4 angeordnet
und längs
der elektrischen Leitung 4 selbst bewegt werden kann, so dass
er elektrisch und magnetisch mit dieser in Wechselwirkung tritt,
wenn das Prüfsignal
T durch diese tritt.
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Nun
soll Bezug auf 2 genommen
werden. Der Signalgenerator 2 umfasst einen Funktionsgenerator 21 bekannten
Typs, der so ausgelegt ist, dass er ein periodisches Signal S erzeugt,
einen Leistungsverstärker 22,
der an den Ausgang des Funktionsgenerators 21 angeschlossen
ist und der so ausgelegt ist, dass er das Signal S dergestalt verstärkt, dass
das Prüfsignal
T mit einer Amplitude von annähernd
100 V erhalten wird, und einen Transformator 23 zur galvanischen
Entkopplung, welcher zwischen den Ausgang des Leistungsverstärkers 22 und eine
Ausgangsklemme 24 des Signalgenerators 16 geschaltet
ist. Insbesondere ist diese Ausgangsklemme so ausgelegt, dass sie
mit der Klemme 8 des elektronischen Prozessors 3 dergestalt
verbunden werden kann, dass das Prüfsignal T in die elektrische Leitung 4 eingespeist
wird. Der Funktionsgenerator 21 ist mit den Steuereingängen 21a, 21b, 21c für die Einstellung
des Signals S und folglich des Prüfsignals ausgestattet (in bekannter
Weise und daher nicht dargestellt). Insbesondere umfasst der Funktionsgenerator 21 einen
ersten Steuereingang 21a für die Auswahl des Typs der
Wellenform (sinusförmig,
quadratisch oder dreieckförmig),
einen zweiten Steuereingang 21b für die Einstellung der Frequenz
F des Signals S im Bereich zwischen einer Mindestfrequenz F1 (beispielsweise gleich 1000 Hz) und einer Höchstfrequenz
F2 (beispielsweise gleich 5000 Hz) und einen
dritten Steuereingang 21c für die Einstellung des Tastverhältnisses
FU, das mit dem Signal S verknüpft
ist. Die Frequenz des Signals S, die normalerweise auf etwa 3500
Hz eingestellt ist, wird in dem Fall abgeändert, wo Teile der Elektrik 1 Resonanzerscheinungen
zeigen, die genau der genannten Frequenz entsprechen, wodurch sich
das Prüfsignal
T in ungewünschten
Bereichen, die nicht zur elektrischen Leitung 4 gehören, ausbreiten
kann. Andererseits wird das Tastverhältnis FU so eingestellt, dass
sich die Energie, die mit dem Signal T verknüpft ist, als Funktion der Länge der
diagnostisch zu prüfenden elektrischen
Leitung verändert
und so ein möglicher Schaden
an (nicht dargestellten) elektronischen Bestandteilen, die mit niedriger
Leistung arbeiten (z. B. Mikroprozessoren) und mit dem Prozessor 3 verschaltet
sind, verhindert wird Unter Bezugnahme auf 3 umfasst der Signaldetektor 17 eine
Detektorstufe 27, eine Filter- und Verstärkerstufe 28,
eine Vergleichs- und Umschaltstufe 29 und eine Stufe 30 für die Signalgebung.
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Die
Detektorstufe 27 enthält
einen Magnetfeldsensor 31, welcher eine Spule 31a umfasst,
die so ausgelegt ist, dass sie die induktive Kopplung mit der diagnostisch
zu prüfenden
elektrischen Leitung 4 bewirkt, und einen elektrischen
Feldsensor 32, der eine ebene Metallplatte 32a enthält, die
so ausgelegt ist, dass sie die kapazitive Kopplung mit der elektrischen
Leitung 4 bewirkt.
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Insbesondere
ist der Sensor 31 so ausgelegt, dass er ein Wechselspannungssignal
VH erzeugt, welches mit der Stärke des
magnetischen Feldes H, das von der elektrischen Leitung 4 erzeugt wird,
und mit dem Abstand, in welchem das genannte Feld gemessen wird,
d. h. dem Abstand der Spule 31a vom überwachten Kabel 6,
korreliert. Andererseits ist der Sensor 32 so ausgelegt,
dass er einen Wechselstrom IE erzeugt, welcher
mit der Stärke
des elektrischen Feldes E, das von der in dem Kabel 6 vorhandenen
Wechselspannung erzeugt wird, und dem Abstand zwischen der Platte 32a und
dem Kabel 6 selbst korreliert.
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Die
Filter- und Verstärkerstufe 28 umfasst
ein Paar von Bandpassfiltern 33, 34 mit einem
Bandpass zwischen 1000 Hz und 5000 Hz, der auf der Eingangsseite
an die Ausgänge
des Magnetfeldsensors 31 und des elektrischen Feldsensors 32 angeschlossen
ist. Die Filter- und Verstärkerstufe 28 umfasst
ferner ein Paar von Verstärkern 35 und 36 bekannten Typs,
von denen der erste an den Ausgang des Filters 33 angeschlossen
ist und der zweite an den Ausgang des Filters 34 angeschlossen
ist. Der Verstärker 35 ist
ein reiner Spannungsverstärker
und wandelt die Spannung VH in eine Spannung
V1 um. Der Verstärker 36 ist ein Strom-Spannungsverstärker und wandelt
den Strom IE in eine Spannung V2 um.
Insbesondere sind die Verstärker 35 und 36 so
ausgelegt, dass sie, wenn die elektrische Leitung 4 einwandfrei arbeitet,
eine Spannung V2 erzeugen, (die, wie bereits
festgestellt, mit dem elektrischen Feld E verknüpft ist), die stets größer ist
als die Spannung V1 (die mit dem Magnetfeld
H verknüpft
ist).
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Die
Vergleichs- und Schaltstufe 29 umfasst einen Umschalter 39,
in welchem je nach dem Wert eines Zweipegel-Steuersignals C ein Ausgangsknoten 42 abwechselnd
auf einen ersten Eingangsknoten 40, der mit dem Ausgang
des Verstärkers 35 verbunden
ist, oder auf einen zweiten Eingangsknoten 41, der mit
dem Ausgang des Verstärkers 36 verbunden
ist, geschaltet wird. Die Vergleichs- und Umschaltstufe 29 umfasst
auch einen Komparator 44 bekannten Typs, der so ausgelegt
ist, dass er die Spannungen V1 und V2 dergestalt vergleicht, so dass das Steuersignal
C erzeugt und in den Umschalter 39 eingespeist wird. Insbesondere
erzeugt der Komparator 44 ein Steuersignal C mit einem
Wert C1, wenn V1 > V2 ist,
und mit einem Wert C2*C1,
wenn V1 < V2 ist. Im ersten Fall (V1 > V2)
verbindet der Umschalter 39 den Ausgang 42 mit
dem Eingang 40, so dass am Ausgang 42 die Spannung
V1 anliegt, während im zweiten Fall (V1 < V2) der Umschalter 39 den Ausgang 42 mit
dem Eingang 41 verbindet, so dass am Ausgang 42 die
Spannung V2 anliegt. In der Praxis liegt
am Ausgang 42 des Umschalters 39 eine Spannung
V an, die gleich dem höchsten
Wert der zwei Spannungen V1 und V2 ist, und auf der Grundlage dessen, was weiter
oben festgestellt worden ist, wird in dem Fall, wo die elektrische
Leitung 4 einwandfrei arbeitet, die Spannung V gleich der
Spannung V2 sein.
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Die
Signalgeberstufe 30 umfasst eine akustische Signalvorrichtung 46 und
ein Sichtanzeigegerät 37.
Das akustische Signalvorrichtung 46 ist mit dem Ausgangsknoten 42 des
Umschalters 39 verbunden und ist so ausgelegt, dass sie
ein Geräusch
abgibt, dessen Intensität
proportional der Spannung V ist. Das Sichtanzeigegerät 47 ist
auch an den Ausgangsknoten 42 des Umschalters 39 angeschlossen
und umfasst einen Pegelmesser 48 vom bekannten Typ, der
auf der Ausgangsseite mit einer Gruppe von Leuchtanzeigevorrichtungen 49 vom
LED-Typ angeschlossen ist, die dergestalt in einer Reihe angeordnet
sind, dass sie eine abgestufte Leuchtskala ergeben. In der Praxis
bewirkt der Pegelmesser 48 in bekannter Weise einen Vergleich
zwischen der Spannung V und einer Reihe von allmählich zunehmenden Schwellwerten,
von denen jeder mit einer Leuchtanzeigevorrichtung 48 [sic]
in Beziehung steht, und liefert Strom nur an diejenigen Leuchtanzeigevorrichtungen 48 [sic],
welche einen Schwellwert aufweisen, der niedriger als die Spannung
V liegt.
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Beim
Betrieb, wenn also die Funktionstüchtigkeit der Leitung 4 diagnostisch
geprüft
werden soll, wird der Signalgenerator 16, wie das in 1a dargestellt ist, an die
Hilfsklemme 8 angeschlossen. Bevor das Prüfsignal
T auf die elektrische Leitung 4 gegeben wird, wird, falls
dies noch nicht geschehen ist, diese von der Batterie 2 durch
Betätigen
des Schalters 11 getrennt. Der Signalgenerator 16 wird
dann aktiviert, so dass das Prüfsignal
T in die Leitung 4 über
die Hilfsklemme 8 eingespeist wird.
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Anschließend wird
der Signaldetektor 17 in die Nähe der elektrischen Leitung
an eine Stelle dicht am Schaltprozessor 3 gebracht und
wird dann anschließend
in Richtung auf den elektrischen Verbraucher 5 bewegt,
während
er weiterhin dicht an der elektrischen Leitung 4 bleibt.
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Falls
die elektrische Leitung ohne Fehler ist (1), werden nach dem Anlegen des Prüfsignals T
ein elektrisches Feld E und ein magnetisches Feld H erzeugt, deren
Werte in der Nähe
des Kabels 6 über
die gesamte Länge
der Leitung 4 nicht vernachlässigbar sind. Daher weist der
Signaldetektor 17 längs
der gesamten Leitung 4 das Feld E und das Feld H nach,
und auf der Sichtanzeigevorrichtung 47 leuchten eine Anzahl
von Leuchtanzeigevorrichtungen (LED) 49 proportional der
Stärke
des elektrischen Feldes auf (da, wie bereits weiter vorn festgestellt
worden ist, in dieser Situation V1 > V2 ist). Gleichzeitig
sendet die akustische Signaleinrichtung 46 ein akustisches
Signal mit einer Intensität
aus, die proportional der Stärke
des elektrischen Feldes E ist.
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In
dem in 1b dargestellten
Fall, in welchem eine (mit 50 bezeichnete) Unterbrechung längs der
elektrischen Leitung 4 vorliegt, die beispielsweise durch
den Bruch eines der Kabel 6 oder durch Ablösung eines
der Kabel 6 vom zugehörigen
Kabelverbinder 7 verursacht wird, wird das elektrische
Feld in der Nähe
desjenigen Abschnitts der Leitung 4a, welcher sich zwischen
dem Prozessor 3 und der Unterbrechungsstelle 50 erstreckt,
vorhanden sein, wird aber längs
desjenigen Abschnitts 4b der Leitung, der sich zwischen
der Unterbrechungsstelle 50 und dem elektrischen Verbraucher 5 erstreckt
dem Wesen nach gleich Null sein. Dagegen wird wegen der Unterbrechung
des Stromflusses das Magnetfeld längs der gesamten elektrischen
Leitung 4 selbst gleich Null sein. Unter diesen Umständen wird
der Signaldetektor 17 vor der Unterbrechungsstelle 50 ein akustisches
und ein optisches Signal liefern, die nicht gleich Null sind und
die proportional der Stärke
des elektrischen Feldes E sind, während er hinter der Unterbrechungsstelle 50 ein
akustisches und ein optisches Signal liefert, die beide gleich Null
sind, da beide Felder gleich Null sind. Wenn der Signaldetektor 17 längs der
Leitung 4 kontinuierlich bewegt wird, wird die Unterbrechung
schnell vom Bediener lokalisiert, weil in Höhe der genannten Unterbrechungsstelle
eine plötzliche Abnahme
sowohl des akustischen als auch des optischen Signals erfolgt (insbesondere
wird die Abnahme dieses Letzteren durch das allmähliche Abschalten aller LEDs
angezeigt.
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Wenn,
wie das in 1c dargestellt
ist, ein (mit 51 bezeichneter) Erdschluss längs der
Leitung 4 vorliegt, dann werden das elektrische Feld E
und das magnetische Feld H in der Nähe desjenigen Leitungsabschnitts 4a,
der sich zwischen dem Prozessor 3 und der Kurzschlussstelle 51 befindet,
vorhanden sein, und das elektrische Feld E und das magnetische Feld
H werden beide längs
desjenigen Leitungsabschnitts 4b, der sich zwischen der
Kurzschlussstelle 51 und dem elektrischen Verbraucher 5 befindet,
dem Wesen nach gleich Null sein.
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Selbst
in einer solchen Situation wird der Signaldetektor 17 vor
der Kurzschlussstelle 51 ein akustisches und ein optisches
Signal liefern, die nicht gleich Null sind und die proportional
dem stärksten der
Signale V1 und V2 sind,
während
hinter der Kurzschlussstelle er ein akustisches und ein optisches
Signal liefern wird, die beide gleich Null sind, da beide Felder
E und H gleich Null sind. Auch in diesem Fall, wenn der Signaldetektor 17 kontinuierlich
längs der elektrischen
Leitung 4 bewegt wird, wird der Fehler (in diesem Fall
der Kurzschluss 51) leicht lokalisiert, weil in Höhe der genannten
Kurzschlussstelle der Pegel sowohl des akustischen als auch des
optischen Signals eine plötzliche
Abnahme erfährt.
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Wie
aus der vorausgegangenen Beschreibung offensichtlich ist, ermöglicht die
erfindungsgemäße Vorrichtung,
jegliche Fehler, die in der Elektrik eines Nutzfahrzeugs auftreten,
auf eine einfache, genaue und schnelle Weise zu lokalisieren.
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Schließlich ist
es offensichtlich, dass die beschriebene und veranschaulichte Fehlerdetektionsvorrichtung
Gegenstand von Abänderungen
und Varianten sein kann, die nicht über den Umfang des Schutzes
hinausgehen, wie er im Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung definiert
wird.